儀器儀表的常識

1、儀器儀表的常識第1頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日引言 你想成為一個合格的儀器儀表工程師嗎？你想成為一個優(yōu)秀的儀器儀表工程師嗎？那就用你的能力與知識來證明你，證明你的稱職與身份。根據(jù)我的認(rèn)識與經(jīng)驗，根據(jù)我們公司的產(chǎn)品線設(shè)置及服務(wù)行業(yè)。整理總結(jié)出了以下基礎(chǔ)知識，與之交流。助你成功！ 在市場經(jīng)濟(jì)時代，各種商品琳瑯滿目，讓使用者看花了眼。在殘酷的市場競爭情況下，使用各種手段、策略，讓客戶了解你，了解你的產(chǎn)品，希望能戰(zhàn)勝對手，拿下訂單。但是什么才是決定成交的關(guān)鍵因素呢？不用懷疑，那是誰能滿足客戶需求，誰能贏得客戶的信任，才是最關(guān)鍵的。因為這是市場規(guī)律，是市場行為的根本所在。只

2、有我們深入了解客戶需求，深入了解我們的產(chǎn)品，從技術(shù)及得到客戶的認(rèn)可，得到客戶的信任，才能促成交易，同時贏得客戶的尊重。 我認(rèn)為，只有這，才是永恒的，不變的。是自然的規(guī)律。第2頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日一、常用儀表的測量原理1、熱導(dǎo)原理 由傳熱學(xué)可知，同一物體存在溫差或不物體相接觸存 在溫差時，產(chǎn)生熱量傳遞，熱量由高溫物體向低溫物體傳 導(dǎo)。不同物體（固體、液體、氣體）都有導(dǎo)熱能力，但導(dǎo) 熱能力有差異，一般而言，固體導(dǎo)熱能力最強(qiáng)，液體次 之，氣體最弱。物體的導(dǎo)熱能力即反映其熱傳導(dǎo)率的大 小，通常用導(dǎo)熱系數(shù)來表示，物體傳熱的關(guān)系式可用傅 立葉定律描述，即單位時間內(nèi)傳導(dǎo)

3、的熱量和溫度梯度以及 垂直于熱流方向的截面積成正比。 即： 式中 單位時間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量； 介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)； A垂直于溫度梯度方向的傳熱面積； 第3頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日 組分導(dǎo)熱系數(shù)，與溫度有關(guān)：t= 0(1+bt)，b為一定范圍的溫度系數(shù)。對于彼此之間無相互作用的多種組分的混合氣體，它的導(dǎo)熱系數(shù)可以近似地認(rèn)為是各組分導(dǎo)熱系數(shù)的加權(quán)平均值。多組分氣體導(dǎo)熱系數(shù)近似表示為： =Cii，Ci 為 i 組分。 檢測條件： 1混合氣體中，非待測組分導(dǎo)熱系數(shù)相同或近似相等； 2待測組分和非待測組分導(dǎo)熱系數(shù)差別較大； 其中檢測靈敏度取決于導(dǎo)熱系數(shù)差別。 基于以上條件，多組分

4、氣體導(dǎo)熱系數(shù)為： =C11+(1-C1)2； 可得待測組分濃度：C1=(-2)/(1-2)。 由此可知： 1、測量對象必須是已知的兩元氣體。如：H2在N2中。 2、混合氣體中，非待測組分導(dǎo)熱系數(shù)相同或近似相等。 3、待測組分和非待測組分導(dǎo)熱系數(shù)差別較大；其中檢測靈敏度取決于導(dǎo)熱系數(shù)差別。第4頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日 典型熱導(dǎo)式氣體分析 以雙橋路為例，圖中為雙臂測量橋路， 其中R2、R4為密閉固定氣體參比橋臂 氣室（一般沖空氣），R1、R3是工作 橋臂氣室，由相同穩(wěn)定待測氣體流過， 若待測分析氣體不含被分析組分時，如 同樣流過空氣，橋路平衡，輸出為零。第5頁，共

5、21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日常用氣體相對熱導(dǎo)率： 組分熱導(dǎo)率組分熱導(dǎo)率 空氣 O2 NH3 CH4 He H2 SF6 1.0001.0281.0401.4505.5306.8030.66Cl2SO2H2SArCO2H2OCON2 0.3420.3500.5400.6650.7040.7710.9580.989對應(yīng)于我們公司的產(chǎn)品有： RS301ON，7866，RA601HP等。 第6頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日2、電化學(xué)原理 這類傳感器以電化學(xué)半電池為基礎(chǔ)，由一對貴金屬電極組成的電極系統(tǒng)，充以特定的電解液 （與被測氣體有關(guān)）并經(jīng)全密封封裝

6、組成。傳感器中另一個重要部件是半通透膜，它可選擇性地讓被測氣體分子通過擴(kuò)散方式進(jìn)入傳感器電解液，將大部分干擾物質(zhì)的分子阻隔掉，因而有效減少干擾。透過的氣體在工作電極上，在水分子上參與下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，引起電子轉(zhuǎn)移而形成與被測氣體濃度有關(guān)的電極電流或電勢。常見氣體的電化學(xué)反應(yīng)如下： 氧氣：O2 +2H2O + 4e+ 4OH- 一氧化碳：CO + H2O CO2 + 2H+ + 2e+ 甲醛：HCHO + H2O CO2 + 4H+ + 4e+第7頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日 被測氣體 參考電極工作電極 膜電子子至 傳感器工作的穩(wěn)定性取決于參考電極電位的穩(wěn)定性。

7、為保證參考電極電位的穩(wěn)定，可引入第三電極，稱平衡電極。在該電極上施加適當(dāng)?shù)钠珘海撈珘号c在與參考電極上形成的電位相反，以保證總參考電位為零。第8頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日 電化學(xué)傳感器可用于絕大多數(shù)游離態(tài)小分子的檢測。一般說，凡是能與某種特定電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原法反應(yīng)的分子都可通過電測法進(jìn)行定量分析，如表3所示。 表1：可使用電化學(xué)傳感器檢測的氣體可測氣體 最大可測范圍 最高分辨率 可測氣體 最大可測范圍 最高分辨率 O2 0 100% 0.1% H2S 0 2,000 ppm 0.01 ppm O3 0 200 ppm 0.01 ppm H2 0 10,00

8、0 ppm 10 ppm CO 0 40,000 ppm 0.1 ppm HCN 0 2,000 ppm 0.01 ppm SO2 0 4,000 ppm 0.01 ppm HCL 0 2,000 ppm 0.01 ppm NO 0 4,000 ppm 0.01 ppm PH3 0 5 ppm 0.1 ppm NO2 0 2,000 ppm 0.01 ppm CxHy 0 100% LEL 1% LEL Cl2 0 250 ppm 0.01 ppm C2H4O 0 100 ppm 0.1 ppm NH3 0 200 ppm 0.01 ppm HCHO 0 200 ppm 0 .01 ppm 第

9、9頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日 傳感器的最大測量范圍和它最高可達(dá)到的分辨率是互相排斥的，一般不能同時滿足。大部分氣體傳感器的技術(shù)指標(biāo)已能滿足對室內(nèi)環(huán)境污染的檢測要求。 電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)比較簡單，成本比較低，高質(zhì)量的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，測量范圍和分辨率基本能達(dá)到室內(nèi)環(huán)境檢測的要求。但缺點是只適用于對大部分無機(jī)氣體和小部分有機(jī)小分子氣體的檢測，且由于電解質(zhì)與被測氣體發(fā)生不可逆化學(xué)反應(yīng)而被消耗，故其工作壽命一般比較短，約為2-3年。3、紅外光譜吸收 當(dāng)一束光線照射到物質(zhì)表面時，它與物質(zhì)的原子和分子相互作用。光線可能透過物質(zhì)，可能部分被吸收，可能發(fā)生放射，散射和衍射，也可能發(fā)

10、出熒光。因此光學(xué)檢測器的形式有多種多樣，常用的有基于光的吸收，散射和衍射；熒光，光電離和光聲轉(zhuǎn)換。能用光學(xué)檢測器測量的物質(zhì)種類很廣泛，幾乎涵蓋有機(jī)，無機(jī)和生化物質(zhì)的所有形態(tài)：固態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)。本文僅將對用于室內(nèi)環(huán)境污染檢測的光學(xué)檢測器作簡單介紹。第10頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日3.1 光能吸收式檢測器該檢測器工作原理基于Beer-Lambert 定律，如圖2： P0 P T = log (P0 / P) = e - b c式中：T 透光率； P0 入射光能量；P 透射光能量 被測物吸收常數(shù)； b 被測物厚度；c - 被測物濃度第11頁，共21頁，2022年，5月

11、20日，13點47分，星期日 圖3 所示為一個紅外光吸收式檢測器7，它可以同時檢測CO,CO2和烷烴類可燃性氣體。該檢測器包括一個非分光式紅外發(fā)生器，紅外光線被導(dǎo)入一個封閉的金屬腔內(nèi)，腔內(nèi)充有被測氣體，特定波長的紅外光將被氣體吸收后,專門測定該特定波長的紅外檢測管將吸收后的能量測出，用以表示被測氣體度。光的吸收特性（波長）與被測氣體的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，即每種氣體都有它自己的特征吸收峰。大多數(shù)的光吸收式檢測器采用紅外光或激光光源，以減少雜散光的干擾。 該檢測器 分辨率和測量精度較高，理論上使用壽命比電化學(xué)傳感器要長得多，價格比較貴。基于紅外光吸收式檢測器的便攜式二氧化碳測試儀已被國家標(biāo)準(zhǔn)列入推薦

12、方法之一。我們有以下產(chǎn)品是采用本原理: LM061便攜式定量紅外檢漏儀、NA1000FD SF6紅外檢漏儀、GLW2810型硅酸要離子分析儀和GLW2820型磷酸根離子分析儀。第12頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日4.催化燃燒原理可燃性氣體與空氣中的氧接觸,發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生反應(yīng)熱,使得作為敏感材料的鉑絲溫度升高,具有正的溫度系數(shù)的金屬鉑的電阻值相應(yīng)增加,并且在溫度不太高時,電阻率與溫度的關(guān)系具有良好的線性關(guān)系。 測量電路如下圖示： F1是氣敏元件，F(xiàn)2是補(bǔ)償元件，當(dāng)F1與氣體接觸時，產(chǎn)生氧化作用，釋放熱量，使氣敏元件溫度上升，電阻增大，電橋不再平衡，A、B間產(chǎn)生電位

13、差E。第13頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日5.半導(dǎo)體6. PID（光離子檢測） 該檢測器適用于定量測定有機(jī)揮發(fā)氣體的總量 （Total Volatile Organic Compounds），而一般說來不能區(qū)分具體某種VOC 成分。有機(jī)揮發(fā)氣體成分很復(fù)雜，日?？杀鎰e的有三百多種。有機(jī)揮發(fā)氣體的分子比較大，在一定能量作用下，會分裂。 PID的工作原理 9 如圖6所示，PID的關(guān)鍵部件是一個能發(fā)出特定波長的紫外光光源 （用特殊材料制作的燈泡），將該紫外光束射入一個測試腔，當(dāng)被測有機(jī)揮發(fā)性氣體由泵抽入該測試腔時，受到紫外光的轟擊而發(fā)生電離，分裂成帶正負(fù)電性的二個基團(tuán)。在測

14、試腔的出口處，裝有一對施加了適當(dāng)工作電壓的電極，受到電極電壓的吸引，帶電基團(tuán)分別趨向相應(yīng)電極而形成正比于VOC 濃度的電流。通過測量該電流大小，確定VOC 濃度。分裂的基團(tuán)經(jīng)過電極后又重新復(fù)合，被抽出測試腔。第14頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日圖6第15頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日圖6：PID 工作原理 PID技術(shù)對于VOC 的檢測已經(jīng)比較成熟。對TVOC測量的分辨率最高可達(dá)1ppb （0.0024mg/m3 , 以異丁烯標(biāo)定），完全符合中國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試精度要求。通過使用不同能量 （用電子伏特eV來表示）的紫外光源，使測量某些特定有機(jī)

15、氣體成為可能。比如苯乙烯（8.4eV)，苯蒸汽（9.8eV），氯乙稀 （9.99eV)，乙稀 （10.5eV)，丙酮酸 （10.66eV)和亞甲基氯（11.7eV） 。紫外光能量取決于燈泡內(nèi)混和氣體的性質(zhì)以及燈泡窗口所用的晶體材料。 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將各種VOC成分的修正因子儲存在儀器的數(shù)據(jù)庫中， 當(dāng)測試某種已知的VOC成分時，則可通過調(diào)用該修正因子直接讀出該VOC成分的濃度水平。7.負(fù)電暈原理8.ECD（電子捕獲）9.阻容法測量濕度利 用 濕 敏元件的電阻值、電容值隨環(huán)境濕度的變化而按一定規(guī)律變化的特性進(jìn)行濕度測量。10.鏡面法測量濕度 使被測氣體在恒定壓力下，以一定的流量流經(jīng)露點儀測

16、定室中的拋光金屬鏡面，該鏡面的溫度可人為地降低并可精確地測量。當(dāng)氣體中的水蒸氣隨著鏡面溫度的逐漸降低而達(dá)到飽和時，鏡面上開始出現(xiàn)霜，此時所測量的鏡面溫度即為露點。（由露點和氣體中水分含量的換算式或查表，即可得到氣體中微量水分含量。）第16頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日二. 專業(yè)術(shù)語2.1 水蒸氣water vapour 亦稱水汽水的氣態(tài)由水氣化或冰升華而成 JJG1012 87 中1 2.2 濕度 humidity 氣體中水蒸氣的含量JJG1012 87 中22.3 干氣 dry gas 不含水蒸氣的氣體JJG1012 87 中4 注：絕對不含水蒸氣的干氣是不存在的

17、所謂干 氣僅僅是相對的 2.4 濕氣 wet gas 干氣和水蒸氣組成的混合物JJG1012 87 中52.5 混合比 mixing ratio 濕氣中水蒸氣的質(zhì)量與干氣的質(zhì)量之比JJG1012 87 中62.6 水蒸氣壓力 water vapour pressure 濕氣(體積為V 溫度為T)中的水蒸氣于相同V T 條件下單獨存在時的壓力亦稱為水 蒸氣分壓力JJG1012 87 中9第17頁，共21頁，2022年，5月20日，13點47分，星期日2.7 飽和水蒸氣壓 saturation water vapour pressure 水蒸氣與水(或冰)面共處于相平衡時的水蒸氣壓JJG1012

18、87 中102.8 露點溫度 dew point temperature 壓力為p 溫度為T 混合比為r 的濕氣其熱力學(xué)露點溫度Td 是指在此給定壓力下 該濕氣為水面所飽和時的溫度JJG1012 87 中112.9 霜點溫度 frost point temperature 壓力為p 溫度為T 混合比為r 的濕氣其熱力學(xué)霜點溫度Tf 是指在此給定壓力下 該濕氣為冰面所飽和時的溫度JJG1012 87 中12 習(xí)慣上也可統(tǒng)稱為露點溫度2.10 校準(zhǔn) calibration 在規(guī)定條件下為確定計量器具示值誤差的一組操作JJG1001 91 中 1912.11 量的真值 true value of a quantity 當(dāng)某量能被完善地確定并能排除所有測量